Niedertemperatursynthesen anorganischer Materialien in ionischen Flüssigkeiten (ILs) führten in den letzten Jahren zu bemerkenswerten Ergebnissen. So konnten z. B. ein neues Germanium-Allotrop, ein supraleitendes Material auf der Basis von aromatischen Tellurringen sowie auch große Cluster und Heteropolykationen in ionischen Flüssigkeiten synthetisiert werden.
Ein Projektziel ist die Suche nach neuen metastabilen bzw. Niedertemperaturverbindungen auf der Basis von Elementen der Gruppen 13 bis 16, von denen wir außergewöhnliche chemische und physikalische Eigenschaften erwarten. Um dieses zu erreichen, sollen komplex aufgebaute, heteropolare Vorläuferverbindungen unter milden Bedingungen in ionischen Flüssigkeiten so umgesetzt werden, dass Baugruppen als Ganzes herausgelöst werden, die dann in Lösung modifiziert und in neuen Verbindungen rekristallisiert werden können. Auf diese Weise können die typischen thermodynamischen und kinetischen Einschränkungen der Festkörperchemie überwunden werden. Alle Produkte sollen mit modernen Methoden vollständig charakterisiert werden.
Da wenig über die Grundlagen dieser Chemie in ionischen Flüssigkeiten bekannt ist, werden wir auch verschiedene Parameter untersuchen, die Einfluss auf die Löslichkeit, Reaktivität und das Kristallisationsverhalten ausüben. Neben Temperatur, Konzentration und der Lewis-Säurestärke soll insbesondere der Einfluss der ionischen Flüssigkeit untersucht werden, indem gezielt synthetisierte ILs eingesetzt werden. Diese sollen es ermöglichen, die Synthesevorschriften zu optimieren und die Luft- und Feuchtigkeitsempfindlichkeit des Reaktionsmediums zu reduzieren. Mittels zeitaufgelöster NMR-Spektroskopie wird der Reaktionsfortschritt in der IL (Lösungs-NMR) ebenso wie der Beginn der Strukturbildung (Festkörper-NMR) verfolgt werden.
Die Erforschung inerter, nicht-toxischer, preiswerter und recyclebarer Lösungsmittel für Cellulose ist eine der wichtigsten Möglichkeiten, diesen Rohstoff zu nutzen und für eine breite Verwendung zugänglich zu machen. Auf diesem Weg ist nicht nur die Formgebung (nanostrukturierte Materialien und selektive Membranen) von Cellulose in alternativen Systemen möglich, sondern auch die Überführung homogener Funktionalisierungsschritte, die eine breite Varianz an definierten Derivaten (Funktionspolymere) garantieren, in den industriellen Maßstab realisierbar. Ziel dieses Projektes war es daher, durch die Erforschung der Interaktionen von Modell-Cellooligomeren und von Cellulose mit Lösungen der Borsäure bzw. von Borsäureabkömmlingen einerseits und mit nichtderivatisierenden ionischen Flüssigkeiten andererseits, grundlegende Erkenntnisse zur Eignung derartiger Medien als neue Quell- und Lösungsmittel für Cellulose zu gewinnen. Als ionische Flüssigkeiten sollten vorrangig neue Imidazoliumsalze (mit 'aktivierenden' Anionen) als Lösungsmittel hinsichtlich Effizienz des Löseprozesses für Cellulose, erreichbarer Viskosität bzw. Abbau und der Einführung von Fehlstellen am Polymer charakterisiert werden. Im Falle borhaltiger Reagenzien standen neben Lösungen reiner Borsäure vor allem Boronsäuren und Borax im Fokus der Forschung. Damit kann ein breites Spektrum von Löse- und Quellmedien für das Biopolymer zugänglich gemacht werden, welches sowohl zur Regenerierung von Cellulose als auch zur homogenen chemischen Modifizierung insbesondere unter technischen Bedingungen einsetzbar ist. Viele der angestrebten Materialen und Verfahren stellen neue vermarktungsfähige Prozesse und Produkte dar.
Es wurden neue ionische Flüssigkeiten synthetisiert, ihre Eigenschaften untersucht und als Medium für verschiedene Reaktionen getestet. Neue Leitsalze wurden für Lithium-Ionenbatterien und weitere elektrochemische Anwendungen entwickelt. Die verwendeten schwach koordinierenden Anionen dienten auch zur Synthese neuer starker Säuren und kationischer Katalysatoren. Syntheseverfahren wurden optimiert.